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切割诱导爆破处理群布采空区的实践
2015-09-07
针对如何一次性安全有效地消除复杂、多层群布采空区对矿山生产的制约,根据空25群的地质赋存及特点,确定了安全顶板厚度,采用切割孔爆破,诱导上下层采空区间的隔板塌落,运用Shotplus软件进行爆破设计及处理效果模拟。通过实践,取得了预期的效果,对群布采空区的处理具有一定的参考价值。
Serial No. 556 August. 2015 现 ꢀ 代 ꢀ 矿 ꢀ 业 2015总年 第85月56第期 8 期 MODERN MINING · 安 全 · 环 保 · 切 割 诱 导 爆 破 处 理 群 布 采 空 区 的 实 践 米 子 军 ( 太 钢 集 团 岚 县 矿 业 有 限 公 司 ) ꢀ ꢀ 摘 ꢀ 要 ꢀ 针 对 如 何 一 次 性 安 全 有 效 地 消 除 复 杂 、 多 层 群 布 采 空 区 对 矿 山 生 产 的 制 约 , 根 据 空 5 群 的 地 质 赋 存 及 特 点 , 确 定 了 安 全 顶 板 厚 度 , 采 用 切 割 孔 爆 破 , 诱 导 上 下 层 采 空 区 间 的 隔 板 塌 2 落 , 运 用 Shotplus 软 件 进 行 爆 破 设 计 及 处 理 效 果 模 拟 。 通 过 实 践 , 取 得 了 预 期 的 效 果 , 对 群 布 采 空 区 的 处 理 具 有 一 定 的 参 考 价 值 。 关 键 词 ꢀ 群 布 采 空 区 ꢀ 切 割 孔 ꢀ 诱 导 爆 破 ꢀ 安 全 顶 板 厚 度 Practice on Disposing the Goafs Distributed in Groups by Cutting Blasting Induced Method Mi Zijun ( Lanxian Mining Co. , Ltd. , Taiyuan Iron & Steel( Group) Co. , Ltd. ) Abstractꢀ Aiming at eliminating the restriction of complex and multilayer goafs distributed in groups to mine production safety and effectively at once, according to the geological occurrence and characteris tics, the thickness of safety roof is determined. The clapboard caving between the upper and lower goafs is induced by the cutting hole blasting method. The Shotplus software is used to conduct blasting design and simulate the blasting effects. The application results show that the desired effects is obtained, there fore, it can provide some references for dealing with the goafs distributed in groups. Keywordsꢀ Goafs distributed in groups, Cutting holes, Blasting induced, Thickness of safety roof [ 1] 。 本 文 采 用 切 割 诱 导 爆 破 、 单 次 处 理 空 25 群 采 ꢀ ꢀ 太 钢 袁 家 村 铁 矿 位 于 山 西 省 岚 县 梁 家 庄 乡 , 矿 果 山 设 计 规 模 为 2 200 万 t/ a, 目 前 是 我 国 规 模 最 大 的 冶 金 矿 山 , 现 处 于 山 坡 露 天 开 采 阶 段 , 采 用 自 上 而 下 逐 水 平 缓 帮 开 采 方 法 、 横 向 采 剥 工 艺 。 空 区 , 为 后 续 处 理 工 作 提 供 参 考 依 据 。 1ꢀ 空 25 群 地 质 条 件 及 概 况 通 过 超 深 孔 发 现 空 23 和 空 25, 潜 孔 钻 反 循 环 钻 机 发 现 了 空 252。 因 空 23、 空 25、 空 252 在 空 间 分 布 上 互 相 毗 邻 、 重 叠 , 通 过 巷 道 互 相 连 通 , 形 成 群 布 采 空 区 , 简 称 空 25 群 。 由 于 铁 矿 石 细 度 较 细 , 以 往 因 为 技 术 原 因 , 未 获 得 较 佳 的 选 矿 指 标 , 因 此 一 直 未 能 实 现 规 模 开 采 , 但 区 内 有 数 十 家 民 营 企 业 进 行 地 下 开 采 , 以 开 采 高 炉 富 矿 和 深 部 原 生 矿 为 主 。 开 采 富 矿 是 沿 矿 体 走 向 方 向 开 采 , 开 采 原 生 矿 是 沿 深 度 方 向 下 掘 , 加 之 这 些 小 矿 山 批 准 的 矿 区 面 积 狭 小 , 普 遍 存 在 水 平 方 向 和 垂 直 方 向 的 越 界 开 采 , 往 往 是 几 个 矿 山 在 同 一 位 置 、 不 同 深 度 多 阶 段 掠 夺 性 开 采 , 形 成 很 多 地 下 采 空 区 。 采 空 区 的 存 在 给 生 产 带 来 严 重 影 响 。 采 空 区 一 旦 失 稳 , 将 会 引 起 地 表 沉 陷 , 对 机 械 设 备 和 人 员 的 生 命 安 全 造 成 威 胁 。 近 年 来 随 着 对 采 空 区 的 研 究 日 趋 深 入 , 在 采 空 区 的 安 全 处 理 方 面 取 得 了 不 少 成 1. 1ꢀ 地 质 条 件 空 25 群 位 于 采 场 1 710 m 水 平 中 部 , 南 1 05 ~ 南 1 15 勘 探 线 。 矿 石 主 要 为 闪 石 型 假 象 赤 铁 矿 , 易 爆 ; 围 岩 主 要 为 辉 绿 岩 , 无 明 显 破 碎 带 , 空 区 群 稳 定 性 较 好 。 空 25 群 西 侧 距 离 设 备 停 放 平 台 450 m, 北 部 距 # 采 场 2 道 路 380 m, 距 半 移 动 式 破 碎 站 540 m; 该 群 布 采 空 区 50 m 范 围 内 无 其 他 空 区 。 1. 2ꢀ 概 ꢀ 况 激 光 三 维 扫 描 结 果 显 示 , 空 25 群 包 含 的 3 个 采 空 区 规 模 大 小 不 等 , 顶 底 板 水 平 不 一 , 形 态 较 复 杂 。 空 23、 空 25 在 高 程 上 近 似 为 1 710 m, 为 第 一 层 ; 空 ꢀ ꢀ 米 子 军 ( 1964— ) , 男 , 总 经 理 , 高 级 工 程 师 , 033599 山 西 省 岚 县 。 1 30 ꢀ ꢀ 米 子 军 : 切 割 诱 导 爆 破 处 理 群 布 采 空 区 的 实 践 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年 8 月 第 8 期 2 52 在 1 690 m 水 平 , 为 第 二 层 。 水 平 投 影 上 , 第 一 合 , 得 到 了 空 25 群 的 三 维 模 型 及 参 数 , 见 图 1 及 表 1。 层 和 第 二 层 相 互 重 叠 。 用 Surpac 软 件 进 行 模 型 复 图 1ꢀ 空 25 群 三 维 模 型 理 空 区 3] 。 [ 表 1ꢀ 空 25 群 参 数 空 区 高 度 顶 板 厚 度 空 区 跨 度 面 积 体 积 采 用 该 思 路 处 理 完 上 部 的 空 23 和 空 25 后 , 隔 空 区 名 称 / m2 / m3 / m / m 20 21. 1 32 / m 板 厚 度 小 于 安 全 顶 板 厚 度 , 铲 装 设 备 及 穿 孔 设 备 作 业 安 全 不 能 得 到 保 证 。 因 此 , 该 方 案 不 宜 采 用 。 空 23 空 25 空 252 合 计 20 9. 5 14 22. 6 18. 5 36. 4 982. 5 528. 9 6 309 1 854 2 . 4ꢀ 深 孔 切 割 爆 破 崩 落 法 1 784. 7 3 296. 1 12 319. 3 20 482. 3 该 方 法 第 一 层 采 空 区 采 用 深 孔 爆 破 崩 落 法 处 理 , 沿 着 上 下 2 层 重 叠 部 位 的 外 沿 布 置 2 排 加 密 切 1 . 3ꢀ 特 点 割 孔 , 通 过 切 割 孔 爆 破 和 空 区 群 塌 落 矿 石 的 冲 击 诱 导 隔 板 崩 落 , 一 次 性 处 理 该 群 布 采 空 区 [ 4] 。 ( 1) 采 空 区 群 位 于 1 710 m 水 平 中 部 , 只 有 上 部 和 空 252 空 腔 2 个 自 由 面 , 需 保 证 顶 板 向 空 腔 崩 落 。 该 方 法 对 切 割 孔 施 工 要 求 严 格 , 特 别 是 保 安 矿 柱 、 深 孔 上 下 分 层 之 间 延 期 时 间 的 选 择 必 须 精 确 , 起 爆 网 路 较 复 杂 , 且 爆 后 大 块 率 较 高 。 但 此 方 法 作 业 安 全 性 较 好 , 能 与 采 场 台 阶 推 进 有 效 结 合 , 因 此 , 最 终 选 择 该 方 法 。 ( 2) 穿 孔 设 备 不 具 备 穿 透 多 层 空 区 能 力 , 空 25 与 空 252 之 间 隔 板 部 位 不 能 穿 孔 ; 爆 破 设 计 时 需 考 虑 隔 板 的 处 理 。 ( 3) 空 252 内 部 有 保 安 矿 柱 , 顶 板 崩 落 前 需 先 爆 破 该 矿 柱 。 3 ꢀ 切 割 诱 导 爆 破 崩 落 法 方 案 设 计 ( 4) 3 个 采 空 区 呈 上 下 重 叠 分 布 , 考 虑 到 最 小 顶 3 . 1ꢀ 空 区 顶 板 安 全 厚 度 板 安 全 厚 度 , 不 能 先 后 处 理 , 需 一 次 性 处 理 。 根 据 《 太 钢 袁 家 村 铁 矿 采 空 区 上 部 露 天 开 采 稳 定 性 及 采 空 区 处 理 技 术 研 究 总 结 报 告 》 中 的 关 于 2# 2 ꢀ 处 理 方 法 的 选 择 处 理 采 空 区 的 方 法 主 要 有 崩 、 充 、 撑 、 封 及 联 合 [ 2] 。 崩 落 顶 板 法 和 充 填 法 技 术 成 熟 , 应 用 广 泛 。 根 据 矿 山 现 有 设 备 及 施 工 技 术 条 件 , 初 选 了 硐 矿 体 镜 铁 矿 顶 板 安 全 厚 度 计 算 公 式 [ 56] : 法 h = 0 695b - 0 183 , ( 1) 式 中 , h 为 保 安 层 厚 度 , m; b 为 采 空 区 最 大 跨 度 , 空 室 崩 落 法 、 尾 砂 充 填 法 、 深 孔 分 层 爆 破 崩 落 法 、 深 孔 2 3 的 最 大 跨 度 为 22 6 m。 切 割 诱 导 爆 破 崩 落 法 4 种 方 案 。 计 算 得 出 保 安 层 厚 度 为 15 5 m。 从 主 视 图 上 2 . 1ꢀ 硐 室 崩 落 法 可 以 看 出 空 区 顶 板 到 1 710 m 水 平 的 最 小 垂 直 距 离 为 16 m, 基 本 接 近 顶 板 安 全 厚 度 , 因 此 选 在 1 710 m 水 平 处 理 空 25 群 。 该 方 法 在 空 区 内 部 施 工 , 一 次 崩 落 至 地 表 , 使 采 空 区 塌 落 。 该 采 空 区 与 地 表 无 连 通 巷 道 , 且 空 区 内 部 复 杂 、 工 程 量 大 、 安 全 施 工 条 件 差 。 因 此 , 该 方 法 不 宜 采 用 。 3 3 . 2ꢀ 爆 破 设 计 . 2. 1ꢀ 孔 网 参 数 2 . 2ꢀ 尾 砂 充 填 采 用 三 角 形 布 孔 , 孔 距 为 3 5 m, 排 距 为 3 5 m, 尾 砂 充 填 系 统 建 设 投 资 大 、 充 填 量 大 、 运 营 成 本 切 割 孔 布 置 在 空 23、 空 25 与 空 252 的 水 平 投 影 轮 廓 线 位 置 , 双 排 布 置 , 孔 距 为 3 5 m, 空 区 顶 板 上 方 的 炮 孔 深 度 为 钻 机 穿 透 顶 板 的 自 然 深 度 。 3. 2. 2ꢀ 炸 药 单 耗 高 、 工 艺 复 杂 , 最 重 要 的 是 充 填 物 充 填 至 采 空 区 后 难 以 和 矿 石 区 分 , 回 采 时 矿 石 贫 化 。 因 此 , 此 方 法 不 宜 采 用 。 2 . 3ꢀ 深 孔 分 层 爆 破 崩 落 法 根 据 以 往 空 区 处 理 的 经 验 , 炸 药 单 耗 取 相 同 部 位 正 常 台 阶 深 孔 爆 破 炸 药 单 耗 的 1 3 倍 , 因 此 , 本 次 该 方 法 在 保 证 空 区 安 全 顶 板 厚 度 的 前 提 下 , 利 3 用 台 阶 坡 面 及 空 区 空 腔 为 自 由 面 , 深 孔 分 层 爆 破 处 爆 破 处 理 空 25 群 的 炸 药 单 耗 取 0 8 kg / m 。 1 31 总 第 556 期 现 代 矿 业 2015 年 8 月 第 8 期 3 . 2. 3ꢀ 药 量 计 算 在 进 行 单 孔 药 量 计 算 时 , 前 排 孔 采 用 Q = qaW1 H , ( 2) 后 排 孔 采 用 式 中 , q 为 单 位 炸 药Q消 =耗 k量qa,bkHg,/ m3 ; a 为 孔 距 , m( ;3)b 为 排 距 , m; W 为 底 盘 抵 抗 线 , m; H 为 台 阶 高 度 , m; 1 图 2ꢀ 切 割 孔 装 药 结 构 k 为 考 虑 受 前 面 各 排 孔 的 矿 岩 阻 力 作 用 的 增 加 系 数 , 1 1 ~ 1 2。 1 — 孔 口 回 填 段 ; 2— 上 部 装 药 段 ; 3— 中 部 间 隔 回 填 ; — 下 部 装 药 段 ; 5— 底 部 回 填 段 ; 6— 375 ms 澳 瑞 凯 雷 管 ; — 400 ms 澳 瑞 凯 雷 管 4 3 . 2. 4ꢀ 装 药 结 构 7 安 矿 柱 上 部 布 置 2 个 深 孔 , 打 到 空 252 底 板 标 高 。 采 用 多 孔 粒 状 铵 油 炸 药 , 空 252 及 切 割 孔 间 隔 装 药 , 分 上 下 2 段 , 下 段 孔 底 部 回 填 3 m, 为 了 保 证 装 药 充 填 系 数 大 于 75% , 上 下 分 段 选 在 中 部 进 行 间 隔 , 上 部 回 填 7 m。 装 药 结 构 见 图 2。 见 图 3、 图 4。 透 孔 采 用 铁 丝 吊 孔 后 , 逐 孔 底 部 回 填 长 度 为 3 m 的 岩 渣 , 防 止 炸 药 漏 入 空 腔 ; 孔 深 大 于 30 m 的 间 隔 装 药 , 中 部 间 隔 3 m; 孔 深 小 于 30 m 的 连 续 装 药 , 顶 部 均 留 4 m 回 填 段 。 3 . 3ꢀ 穿 ꢀ 孔 采 用 JK580 潜 孔 钻 机 , 孔 径 为 140 mm。 按 设 计 顶 板 上 部 孔 全 部 穿 透 ; 沿 着 上 层 空 23、 空 25 与 下 层 空 252 的 重 叠 部 位 的 外 延 布 置 2 排 加 密 切 割 孔 ; 保 图 3ꢀ 孔 位 布 置 图 4ꢀ 垂 直 孔 剖 面 ( 单 位 : m) 3 . 4ꢀ 起 爆 网 路 掏 槽 , 为 周 边 深 孔 爆 破 创 造 充 足 的 侧 向 自 由 面 。 空 252 深 孔 采 用 孔 内 微 差 , 下 部 选 用 36 m 脚 线 的 375 ms 雷 管 , 上 部 选 用 22 m 脚 线 的 400 ms 雷 管 , 间 隔 装 药 。 采 用 澳 瑞 凯 高 精 度 雷 管 、 山 东 银 光 起 爆 具 , 地 表 选 用 17, 25, 65 ms 延 期 雷 管 , 孔 内 微 差 选 用 375, 400 ms 延 期 雷 管 。 保 安 矿 柱 上 的 2 个 孔 采 用 孔 内 微 差 , 下 部 选 用 空 25 与 空 252 重 叠 部 位 的 外 延 布 置 双 排 加 密 切 割 孔 , 孔 内 选 用 375 ms 雷 管 , 保 证 与 空 252 深 孔 同 响 。 3 4 6 m 脚 线 的 375 ms 雷 管 , 上 部 选 用 22 m 脚 线 的 00 ms 雷 管 , 间 隔 装 药 。 选 择 在 空 25 中 部 为 起 爆 位 置 , 以 下 部 空 区 为 自 地 表 网 路 延 期 时 间 为 孔 间 25 ms, 排 间 65 ms, 孔 内 400 ms。 保 安 矿 柱 与 中 部 起 爆 有 65 ms 的 间 隔 由 面 , 中 间 掏 槽 起 爆 , 开 创 自 由 面 后 , 倒 VCR 法 逆 向 1 32 ꢀ ꢀ 米 子 军 : 切 割 诱 导 爆 破 处 理 群 布 采 空 区 的 实 践 ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2015 年 8 月 第 8 期 时 间 。 采 用 澳 瑞 凯 公 司 的 Shotplus 软 件 进 行 爆 破 设 计 。 见 图 5 ~ 图 7。 ( 3) 对 圈 定 的 采 空 区 范 围 所 有 穿 透 的 炮 孔 进 行 吊 孔 , 用 编 织 袋 扎 成 球 状 体 或 圆 柱 体 , 用 铁 丝 吊 至 空 区 顶 板 上 方 约 0 3 m 处 固 定 好 , 先 用 较 大 石 块 填 充 , 后 用 岩 粉 充 填 , 不 断 探 测 充 填 长 度 , 直 至 达 到 设 计 回 填 高 度 。 装 药 过 程 中 按 照 逐 孔 设 计 药 量 装 药 , 所 有 孔 装 药 结 束 后 , 统 计 装 药 量 。 ( 4) 计 算 最 小 安 全 距 离 。 根 据 硐 室 爆 破 个 别 飞 石 安 全 距 离 计 算 公 式 : 2 R = 20K n W , ( 4) f f 式 中 , Rf 为 爆 破 飞 石 安 全 距 离 , m; Kf 为 安 全 系 数 , 取 1 5  5; n 为 爆 破 作 用 指 数 , 取 1; W 为 最 小 抵 抗 线 , 取  5 m。 图 5ꢀ 孔 内 微 差 起 爆 模 拟 计 算 得 到 爆 破 飞 石 最 小 安 全 允 许 距 离 165 m。 根 据 爆 破 冲 击 波 的 安 全 允 许 距 离 经 验 公 式 : 3 R = 25 Q , ( 5) k 槡 式 中 , Q 为 最 大 一 响 药 量 , 本 次 爆 破 有 7 个 孔 同 响 , 药 量 合 计 为 1 820 kg。 计 算 得 到 爆 破 冲 击 波 的 安 全 允 许 距 离 为 305 m。 综 合 考 虑 爆 破 飞 石 安 全 允 许 距 离 及 爆 破 冲 击 波 安 全 允 许 距 离 , 确 定 本 次 爆 破 警 戒 距 离 为 400 m。 5 ꢀ 采 空 区 处 理 效 果 图 6ꢀ 网 路 等 时 线 根 据 爆 破 方 案 认 真 组 织 施 工 , 成 功 实 施 了 爆 破 , 本 次 爆 破 共 使 用 炸 药 58 t, 单 耗 约 0 81 kg / m3 。 采 空 区 爆 破 体 积 指 标 见 表 2。 表 2ꢀ 采 空 区 爆 破 体 积 指 标 m3 顶 板 体 积 工 程 名 称 空 腔 体 积 爆 前 爆 后 1 7402空 23 7402空 25 空 252 6 309 1 854 13 626. 9 12 173. 9 29 188. 3 5 353. 3 5 817. 4 66 159. 8 19 440 1 14 260. 9 38 782. 5 5 353. 3 5 817. 4 83 654. 1 12 319. 3 空 252 与 空 23 间 隔 板 空 252 与 空 25 间 隔 板 合 计 20 482. 3 图 7ꢀ 顶 板 位 移 示 意 ꢀ 施 工 组 织 及 安 全 措 施 由 于 该 空 区 地 质 条 件 复 杂 , 孔 数 多 , 多 台 潜 孔 钻 ꢀ ꢀ 采 用 体 积 平 衡 原 理 ( 空 区 顶 板 体 积 × 松 散 系 数 = 4 空 腔 体 积 + 爆 破 后 空 腔 上 部 爆 堆 体 积 ) 验 证 空 区 爆 破 3 处 理 效 果 , 得 出 爆 前 计 算 体 积 为 99 239 7 m ( 松 散 系 机 同 时 施 工 , 特 别 是 顶 板 上 部 孔 全 部 按 设 计 要 求 穿 透 , 必 须 保 证 施 工 安 全 , 采 取 了 如 下 措 施 7] : 3 [ 数 为 1 5) , 爆 后 总 体 积 为 104 136 4 m , 体 积 差 为 4 3 8 96 7 m , 占 比 为 4 9% , 取 得 了 很 好 的 效 果 。 ( 1) 临 时 组 织 了 群 布 采 空 区 处 理 小 组 , 设 测 量 、 6 ꢀ 结 ꢀ 论 施 工 、 安 全 3 个 小 组 , 分 别 负 责 GPS 逐 孔 布 置 孔 位 , 穿 孔 爆 破 作 业 , 穿 孔 过 程 监 督 及 安 全 检 测 , 如 发 现 异 常 , 及 时 组 织 撤 离 。 ( 1) 在 空 区 资 料 不 明 地 段 及 塌 陷 区 内 作 业 , 必 须 先 做 超 前 钻 孔 设 计 和 探 测 施 工 , 核 实 空 区 状 况 , 确 定 空 区 内 有 无 保 安 矿 柱 及 隔 板 等 , 为 爆 破 设 计 提 供 技 术 支 持 , 根 据 安 全 顶 板 厚 度 选 择 处 理 位 置 。 ( 2) 穿 孔 过 程 中 实 时 验 收 采 空 区 成 孔 , 详 细 记 录 并 与 炮 孔 所 在 垂 直 剖 面 对 比 , 判 断 孔 深 不 符 合 原 始 设 计 要 求 的 异 常 孔 是 否 补 打 , 并 在 所 有 的 孔 穿 完 后 形 成 验 孔 总 结 , 为 逐 孔 药 量 的 设 计 提 供 依 据 。 ( 2) 采 用 澳 瑞 凯 公 司 的 shotplus 软 件 进 行 爆 破 设 计 , 准 确 快 捷 , 特 别 是 对 上 下 分 ( 下 转 第 170页 ) 33 1
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